科技日報(bào)北京11月22日電 (記者劉霞)來自加拿大和美國的科學(xué)家在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表論文稱，他們首次在實(shí)驗(yàn)室研制出能產(chǎn)生擁有量子化軌道角動(dòng)量的中子的裝置，為下一代量子材料的研發(fā)提供了全新途徑，有望推進(jìn)量子計(jì)算的發(fā)展，識(shí)別并解決基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域的新問題。

　　最新研究負(fù)責(zé)人、滑鐵盧大學(xué)量子計(jì)算研究所(IQC)的科學(xué)家杜桑·薩雷納博士說：“中子是表征新興量子材料的有力探針，因?yàn)樗鼈儞碛袔讉€(gè)獨(dú)有的特征：它們的波長為納米級、呈電中性且質(zhì)量相對較大。這些特征意味著中子可以穿過X射線和光無法穿過的材料。”

　　雖然科學(xué)家們此前已經(jīng)對如何在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生光子和電子的軌道角動(dòng)量進(jìn)行了深入研究，但為中子而設(shè)計(jì)的裝置從未被研制出來。鑒于中子的獨(dú)特屬性，研究人員必須建造新裝置，并開發(fā)新方法以適用于中子。

　　在最新實(shí)驗(yàn)中，來自IQC、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所及橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們構(gòu)建了微型叉形硅光柵結(jié)構(gòu)，這些器件非常小，在0.5厘米乘0.5厘米的區(qū)域內(nèi)，可容納超過600萬個(gè)單獨(dú)的叉形相位光柵。

　　研究人員解釋稱，當(dāng)一束中子通過這個(gè)裝置時(shí)，單個(gè)中子會(huì)以螺旋狀纏繞，在行進(jìn)19米后，一臺(tái)特殊的中子相機(jī)捕獲中子的圖像。他們觀察到，每個(gè)中子都延展到10厘米寬的甜甜圈形狀。這些中子的環(huán)形圖案顯示，它們處于一個(gè)特殊的螺旋狀態(tài)。這表明該小組的光柵裝置制造出了擁有量子化軌道角動(dòng)量的中子束，這是科學(xué)家們首次實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

　　研究人員指出，中子在基礎(chǔ)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中很受歡迎，科學(xué)家們能很容易地使用其3個(gè)自由度：自旋、路徑和能量。

　　薩雷納表示，在最新實(shí)驗(yàn)中，他們讓使用中子束的軌道角動(dòng)量成為可能，這將提供額外的量子化自由度。為此，他們正在開發(fā)一個(gè)工具箱，以表征和檢查下一代量子設(shè)備(如量子模擬器和量子計(jì)算機(jī))所需的復(fù)雜材料。